2021年12月初,多家媒体纷纷爆出新闻《韩国“人造太阳”破世界纪录》,称韩国核聚变装置KSTAR在摄氏1亿度高温下成功维持了30秒!看标题之后有点懵:这是破了个啥纪录啊?难道中国“东方超环”(EAST)5月创下的1.2亿℃持续101秒不算数?
韩国广播公司称“创造新世界纪录”
为了不冤枉任何人,老周特意搜索了若干外文报道,发现韩国广播公司KBS在其官网11月22日新闻标题中大大地写着:“'Artificial Sun' Sets New World Record at 100 Mln. Degrees for 30 Seconds”("人造太阳"创下30秒1亿度新世界纪录),并且在这篇报道正文部分也反复出现“新世界纪录”的表述。
首先,甭管能坚持多少秒,能在托卡马克实验装置中将超高温等离子体加热到1亿℃,它本身就是件不容易的事情,理论上这是核聚变的一个门槛,只有超过这个温度值,才有可能让氢原子核相互碰撞变成氦核,进而实现核聚变反应。
高温等离子体流在磁腔内运动
截至2021年9月,全世界总共有444座民用核反应堆,这些核电站总发电能力为396吉瓦(GW),是仅次于水电的第二大低碳能源。并且目前全球还有53座核反应堆在建、98座核反应堆规划建设。但是这些核电站全是依靠铀、钚等重元素裂变产生热量发电,尽管核反应堆中的核裂变过程并不会对环境产生污染,但在核燃料开采、制造以及核废料处理等环节中,对环境的危害不容小视。
科学家们多年来努力寻找一种清洁、高效、可持续的能源,希望像太阳那样源源不断地提供能量,这就是核聚变。
太阳核心有极高温度和压强
太阳中心每秒钟约有6亿吨氢聚变成氦,这里的气体压强是地球海平面的2650亿倍,温度高达摄氏1500万度。我们在地球上没办法实现太阳核心那么高的压强,只能通过提升温度来弥补压强的不足。
科学家已经找到将气体加热到1亿℃以上的办法:先将氢同位素氘加热到几千度高温,这时候氘原子外层的电子会与原子核脱离,变成带电的等离子体;再将等离子体注入强磁场的环中让它们高速旋转,粒子在旋转时相互碰撞产生热能,于是温度会不断升高,最后在高温下发生聚变——这就是“托卡马克”解决方案。